Тепловой расчет котельной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Котельные Установки и Парогенераторы

Курсовой проект

Тепловой расчет котельной установки

Группа Жу12пт031

Студент

Сергей Владимирович Казаков

Преподаватель

Леонид Александрович Марюшин

Москва 2013 г.

Задача №1

Составить тепловой баланс парового котла, работающего на природном газе. Рассчитать КПД котла и часовой расход топлива, используя исходные данные, приведенные в таблицах 1 и 2.

Дано:

Тип котла ДКВР 6,5

Паропроизводительность котла 6,5 D т/ч

Давление перегретого пара P ne 1,3 Мпа

Температура перегретого пара t c 240 t_ne

Температура насыщенного пара t _{H n} 191 ^oC

Температура питательной воды t _{n в} 84 ^oC

Температура уходящих газов Э yx 152 ^oC

Доля непрерывной продувки б_пр 2,4 %

Коэффициент избытка воздуха за экономайзером б_yx 1,36

При сжигании газообразного топлива псе расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных условиях (101,3 кПа и 0 °С).

1. Теплота сгорания газообразного топлива подсчитывается по формуле смешения:

Q^d_i = 0,01[Q_H2SH₂S+Q_COCO+Qн ₂ H₂+?Qc_mн_n], кДж/м³

Так как H₂S, CO и H₂ в природных газах отсутствуют, то формула для расчета примет вид:

Q^d_i = 0,01? Qc_mн_n= 0,01(98,90+0,13+0,1+0,1)=99,23 кДж/м³

Q^d_i=0,99 кДж/м³

где Qсн₄ =35880 и Qс₂н₆ = 64360 и т.д. - теплота сгорания каждого газа, входящего в состав топлива, кДж/м3; принимается по таблице 4.

2. Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м³ газообразного топлива в атмосферном воздухе (коэффициент избытка воздуха б= 1),

n

V₀^H= 0,08[0,5CO+0,5H₂+1,5H₂S+?(m+----- )C_mH_n-O₂], м³/м³

4

В условиях задачи формула примет вид:

V₀^H= 0,08(2+3,5+5+6,5) , м³/м³

V₀^H=1,36 , м³/м³

3. Теоретические (минимальные) объемы продуктов сгорания при полном сгорании топлива с теоретическим количеством воздуха (б= 1)

Теоретический объем азота: V₀^H= 0,87 V₀^H+0,08, м³/м³

Объем трехатомных газов: V^H_RO2=0,01(0,08+CO+H₂S+?mC_mH_n), м³/м³

В условиях задачи формула будет иметь вид:

V^H_RO2=0,01 (35880+64360+93180+123150+156630+173170) , м³/м³

V^H_RO2=6463,7, м³/м³

Теоретический объем водяных паров

1,36

V^Hо,н₂o=0,01(H₂S+H₂+?----- C_mH_n+0,124 d_r,m)+0,0161 V₀^H , м³/м³

2

Где d_r,m- влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа, принять d_r,m = 31 г/м³

В условиях задачи формула будет иметь вид:

V^Hо, н₂o=0,01(98,90+0,13+0,1+0,1+0,34) +0,0161 V₀^H , м³/м³

Действительные объемы продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха б>1

Объем водяных паров:

V^Hн₂о= Vо,н₂o +0,0161(б-1) Vо^H , м³/м³

Объем дымовых газов:

V^H_Г= V^Hрo₂+ V^Ho,_N2+ V^Hн₂o+(б-1) Vо^H , м³/м³

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания при температуре уходящих газов Э_ух=152 ^оС

Энтальпия теоретически необходимого воздуха:

I _{0 в}= V^O н(сЭ)_в , кДж/м³

Где (сЭ)_в - энтальпия 1 м³ воздуха при Э_в=Э_ух определяется методом интерполяции по данным таблицы 5:

Э_yx=152 ^oC

267-132,7

(сЭ)_в= (152-100)+132,7=167 кДж/м³

200-100

Где Э_{в max}= 200 ^oC , Э_{в min}= 100 ^oC - пределы температур, между которыми находится расчетная температура газов Э_yx

(сЭ)_{в max} (сЭ)_{в min} - энтальпии 1 м³ воздуха при температуре соответственно, кДж/м³

Проверка результатов расчета производиться по неравенству

(сЭ)_{в max} > (сЭ)_в > (сЭ)_{в min}

Проверка результата расчета: 267>167>132,7

Энтальпия уходящих дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха

б=1 и Э_yx

I _0Г= V^Hрo₂(сЭ)со₂+ V^Ho,_N2(сЭ)_N2+ Vо,н₂o(сЭ)н₂o, кДж/м³

Где (сЭ)со₂ (сЭ)_N2 (сЭ)н₂o - энтальпии 1 м³ продуктов сгорания при Э_yx кДж/м³ ; определяются методом интерполяции аналогично (сЭ)_в

Энтальпия уходящих дымовых газов на 1 м³ топлива при б=б_yx>1

I_yx=I_0Г+( б_yx -1)I_0в , кДж/м³

Если принять температуру холодного воздуха t_хв=30^o C, то энтальпия холодного воздуха:

I_0,х,в=39,8 V^O н , кДж/м³

где 39,8 кДж/м³ - энтальпия 1 м³ воздуха при t_хв=30^o C .

6. Тепловые потери в котле.

6.1. Потеря тепла с уходящими газами:

Q₂=I_yx - б_yxI_0,х,в , кДж/м³

Q₂

q₂= -------•100%

Q_p

где Q_p - располагаемое тепло топлива,

Q_p=Q^d_I+i_m , кДж/м³

где Q^d_I - низшая теплота сгорания сухой массы газообразного топлива, кДж/м³;

i_m - физическое тепло топлива, кДж/м3; учитывается при наличии предварительного подогрева топлива посторонним источником тепла (в условии задачи i_m=0).

6.2. Потеря тепла с химическим недожогом топлива q₃ ; принимается 0,5%:

q₃=0,5%

q₃

Q₃= ----- Q^d_I , кДж/м³

100

6.3. Потеря тепла от механического недожога при сжигании газообразного топлива принимается равной нулю: q₄=0; Q₄=0

6.4. Потерю тепла от наружного охлаждения q₅ принять по таблице 6 в зависимости от паропроизводительности котла:

q₅

Q₅= ---- Q^d_I , кДж/м³

100

6.5. Потеря с физическим теплом шлака q₆ = 0 при сжигании газообразного топлива; q₆ = 0

6.6. Суммарные потери тепла в котле:

?q= q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆ , %

7. Тепловой баланс котла

Коэффициент полезного действия по методу обратного баланса

з_k=100-?q , %

Полезно использовать тепло 1 м³ топлива в котле:

з_k

Q₁= Q^d_I ----, кДж/м³

100

Тепловой баланс котла при сжигании газообразного топлива:

q _p= q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆, кДж/м³

где q _p= Q^d_I, кДж/м³

8. Расход топлива, подаваемого в топку котла.

Секундный расход пара (точность расчета - три знака после запятой):

D •1000

D_e= ----------- , кг/с.

3600

где D - паропроизводительность котла по заданию, т/ч (Таблица 2).

Расход воды на продувку котла (точность расчета - три знака после запятой)

 2,4

D_nр= --------- D_e , кг/с.

100

Где б_пр ,%

Полное количество тепла, полезно использованное в котле (для условий задачи),

D_k=D_e(i_ne- i_nв)+D_nр(i_kun-i_{n в}), кВт

где i_nе - энтальпия перегретого пара при P_пе и t_пе , кДж/кг; определяется

интерполяцией по данным таблицы 7, которая представляет собой

фрагмент таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара [6].

t_ne= 208 ^оС, P_ne= 1,2 МПа.

Энтальпия при P_ne= 1,2 МПа, t_ne= 240 ^оС

i_{ne 1} ((1,2 - 1,0)) 2921,0= - 42,0 • 0,2 +2921,0= 2912,6 кДж/кг

Энтальпия при P _ne=1,2 МПа, t_ne = 210 ^оС

i_{ne 2} ((1,2 - 1,0)) 2852,2= - 56,6 • 0,2 +2852,2= 2840,9 кДж/кг

Энтальпия при P _ne=1,2 МПа, t_ne = 208 ^оС

i_{ne 3} ((208 - 200)) 2815,4= - 2,55 • 8 +2815,4= 2835,8 кДж/кг

i_ne - энтальпия питьевой воды,

i_ne =4,19 t_ne i_ne= 4,19 t_ne , кДж/кг, ;

i_kun - энтальпия кипения воды при давлении в барабане котла, кДж/кг.

Давление в барабане котла принять равным давлению перегретого пара, т.к. потери давления в пароперегревателе не велики, и ими можно пренебречь.

i_kun= 814,8 кДж/кг при P_в= 1,3 МПа i_kun= 830,1 кДж/кг при P_в= 1,4 МПа

Расход топлива

 Q

B_P = -----------, м³/с

Q_pз_k +Q _{в, вн}+Q_ф

_{______}

100

Где Q _{в, вн} =0 - тепло с внешним подогревом воздуха;

Q_ф=0 - тепло, внесенное в топку паровым дутьем;

Q_p Q^d_i , кДж/м³; з_k , % , кДж/с (кВт) - предыдущие расчеты.

Часовой расход газа: В^ч_р =В_р •3,6 тыс.м³/ч.

Задача №2

газопровод экономайзер дымовой труба

Определить геометрические характеристики чугунного экономайзера для котла, рассчитанного в части 1, используя исходные данные, приведенные в таблице 3, и результаты расчетов части 1.

Чугунный экономайзер котлов малой мощности компонуется из стандартных труб ВТИ или ЦККБ с квадратными или прямоугольными ребрами.

Геометрические характеристики экономайзера

Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Величина
1. Наружный диаметр трубы d , мм	51
2. Толщина стенки труб д , мм	4
3. Размеры квадратного ребра b , мм b , мм	150 146
4. Длина трубы l , мм	2000
5. Число труб в ряду zр , шт	4
6. Поверхность нагрева с газовой стороны одной трубы Hmp , м2	2,95
7. Живое сечение для прохода газов одной трубы тр Fmp , м2	0,120
8. Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда Hp , м2	225,125
9. Живое сечение для прохода газов Fr , м2
10. Сечение для прохода воды в fe , м2	11,75
11. Поверхность нагрева экономайзера Hэк , м2	900,5
12. Количество рядов экономайзера np , шт	4
13. Количество петель nnem , шт	2
14. Высота экономайзера hэк , м	150
15. Общая высота экономайзера с учетом рассечек Hобщэк , м	154

Усредненные характеристики газоходов и газопроводов

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин	Величина
1. Наружный диаметр труб d, мм	51
2 Поперечный шаг труб s1 , мм	100
3. Продольный шаг труб s2 , мм	110
4. Число рядов труб по ходу газов z2, шт.	44
5. Температура газов Экп , °С	700
6. Скорость газов wкп , м/с	8,8
7. Число поворотов газового потока на 90° зпов шт	5
8 Температура газов Ээл , оС	236
9. Скорость газов wэк , м/с	6,6
10. Высота опускной шахты Hшах, м	3,8
11. Высота дымовой трубы Нтр, м	24
12 Длина газопроводов l, м	12,4
13. Ширина прямоугольного сечения газопроводов b, м	0,470
14. Высота прямоугольного сечения газопроводов а, м	0,52 4
15. Температура газов Эгn , °С	235
16. Скорость газов wrn, м/с	12
17. Количество поворотов газохода на 90° mпов, шт.	6

Сечение для прохода воды одного ряда

51

f_в= =11,75 ---- 10^-6 , м²,

4

где внутренний диаметр трубы, d_вн=47 мм. Поверхность нагрева экономайзера (по уравнению теплопередачи)

2870 •1

H_эк= ------------ 900,5 • 10^-6 , м²,

19,5•101

Q⁶_эк= тепловосприятие экономайзера с 1м³ топлива, определенное по уравнению теплового баланса, 2870 кДж/м³

В_р= секундный расход топлива, 1 м³/с

k= коэффициент теплопередачи, 19,5 Вт/(м2К)

Дt= средний температурный напор в экономайзере, 101 К

Количество рядов в экономайзере

900,5

з_p = --------- 225,125 шт

4

Количество петель: з_nem= 112,56 шт

Высота экономайзера: h_эк = 150 • 10^-3 , м,

где b - размер квадратного ребра, мм.

Общая высота экономайзера с учетом рассечек

h^общ_эк= h_эк+0,5 з_pac

где 0,5 м - высота одной рассечки;

з_pac - количество ремонтных рассечек, которые принимаются через каждые 8 рядов, шт.

Рисунок 2. Примерная схема газового тракта: 1 - топочная камера; 2 - конвективный пучок; 3 - барабаны котла; 4 - экономайзер; 5 - дымосос; 6 - труба; 7 - газопроводы

Геометрические характеристики конвективного пучка

100

Относительный поперечный шаг у₁= ------- =49

51

110

Относительный продольный шаг у₂= ----- =59

51

 S₁-d

Коэффициент ш ----------- = где S₁= 49 мм S₂= 59 мм

S₂-d

Коэффициент сопротивления трения гладкотрубного коридорного пучка при поперечном омывании т определяется по следующим формулам:

при у₁ ? у₂ т = т_mpc_уz₂

при у₁ > у₂ и 1ш ? 8 т = т_mpc_у c_Rez₂

где т_mp коэффициент сопротивления трения труб одного ряда; применяется по средней скорости газов w_кп=8,8 м/с среднему диаметру труб пучка d=49 мм, средней температуре газов Э_кп=700 °С

c_у - поправочный коэффициент на поперечный шаг s₁=100 мм

z_p= 4 - число рядов труб по ходу газов

Динамическое (скоростное) давление h_д , мм вод.ст., определяется по по средней скорости газов w_кп=8,8 м/с, и средней температуре газов Э_кп = 700 ^оС.

Сопротивление трения пучка труб Дh_луч = тh_d, мм вод.ст

Сопротивление поворотов газов

Дh_пов= n_пов т_пов h_d, мм вод.ст

где n_пов=5 - число поворотов газового потока на 90^o

т_пов =1,6 - коэффициент сопротивления одного поворота газового потока на 90^о

Сопротивление газохода конвективного пучка

Дh_кп =1,15(1+1,6)=2,99 мм вод.ст

где К - поправочный коэффициент на действительные условия протекания потока газов. Для конвективных пучков котлов малой мощности с поворотом газов в горизонтальной плоскости при нормальной степени загрязнения рекомендуется принимать К=1. При наличии перед первым пучком камеры догорания ее сопротивление отдельно не рассчитывается, а учитывается коэффициентом К=1,15 , т.е. для котлов типа ДКВР К=1,15, для котлов типа Е К=1,0.

Сопротивление экономайзера

Общие указания

Сопротивление экономайзера определяется как для коридорного пучка с поперечными ребрами при поперечном омывании. необходимо знать коэффициент ш = s₁ 49 мм и s₂ 59 мм условный определяющий размер l для труб с квадратными ребрами и эквивалентный диаметр сжатого поперечного сечения пучка d₃.

49

Коэффициент ш = ------ =0,830

59

Условный определяющий размер l для труб с квадратными ребрами

51(0,025-4) 2(б²_рб-0,830d²)+4б_рб д

l= ------------ + ------------------------------- v б_рб -0,830d² , м,

H/n H/n

где H/n = 51(0,025-4)+ 2(б²_рб-0,830d²)+4б_рб д , м,

б_рб= 2h_рб +d , м - сторона ребра;

h_рб= • 10^-3 , м - высота ребра

д - толщина ребра

s_рб =0,025 - шаг ребра

Все величины в формулу расчета l подставляются в метрах.

Все размеры принимаются в соответствии с рисунком 1 методических указаний к решению задачи 2 контрольной работы 1 и рисунком 3.

Эквивалентный диаметр сжатого поперечного сечения пучка d₃

4F 2[s_рб (s₁-d)-2дh_рб]

d,= ------------- + ----------------------.

U 2h_рб+ s_рб

где F - площадь живого сечения канала, м²;

U - полный периметр сечения, омываемого дымовыми газами, м;

s₁ = 150 мм - поперечный шаг трубы.

Все остальные величины берутся в соответствии с рисунком 3 и пояснениями к формуле расчета l. В формуле расчета d₃ все величины подставляются в мм.

Сопротивление труб одного ряда экономайзера

?h₀=C_d,C₁C_ш C_z?h_mp , мм вод.ст.,

где ?h_mp - сопротивление труб одного ряда, мм вод.ст., зависящего от средней скорости газов w_эк=6,6 м/с, и средней температуры газов Э_эк ^оС;

C_d,C₁C_ш - коэффициенты, учитывающие эквивалентный диаметр ребристых труб, условный определяющий размер, диаметр и шаги труб соответственно;

Сz =4 - поправочный коэффициент на число рядов по глубине пучка (zp - Таблица 8

Сопротивление экономайзера

?h_эк=K?h_oz₂

мм вод. ст.,

где К=1 - поправочный коэффициент на действительные условия протекания потока дымовых газов в экономайзерах при сжигании газа; z₂=n_p - число рядов по ходу газов, шт. (Таблица 8 задачи 2 контрольной работы 1).



Рисунок 3. Схема к расчету труб с поперечными ребрами

л

?h_mp=( ----- + т_вых)h_d , мм вод.ст.,

8i

Где л - коэффициент сопротивления трения; принять для кирпичных труб л = 0,05, для стальных труб при диаметре дымовой трубы меньше 2м л = 0,02 i = 0,02 - уклон трубы

т_вых =1 - коэффициент местного сопротивления выхода из дымовой трубы;

h_д - динамическое давление, мм вод.ст.; определяется по средней скорости газов w_г (принять w_г = 15 м/с) и температуре газов в дымовой трубе, которая принимается равной температуре газов у дымососа (охлаждение газов в трубе не учитывается). В условиях задачи в связи с небольшой длиной газопроводов от экономайзера до дымососа можно не учитывать охлаждение газов в газопроводе от экономайзера до дымососа, т.е. принять температуру газов в дымовой трубе, равной температуре уходящих газов ( (t_тр =Э_ух )) , которая приведена в Таблице 2 контрольной работы 1.

Самотяга опускной шахты

h_e^шах=-h_e^шахH_шах, мм вод.ст.,

где H_шах=3,8 м - расстояние по вертикали между серединами начального и конечного сечений шахты

h_e^шах = самотяга на 1 м высоты шахты, мм вод.ст./м; определяется по нижнему полю рисунка VII-26 по средним значениям r^шах_H2O и температуры t_шах=Э_шах

При сжигании газообразного топлива для заданных типов котлов можно принять:

7,938

r^шах_H2O= r^yх_H2O = ---------,

0,34

Где V^н_H2O=7,938 V^н_г=0,34 , м³/м³ - задача 1 контрольной работы 1;

t_шах=Э_шах=236 Э_эк ^oC

Поток дымовых газов в опускной шахте идет вниз, поэтому самотяга со знаком минус, т.е. увеличивает перепад давления газового тракта.

7. Самотяга дымовой трубы

h_e^mp= h_e^mp24, мм вод.ст.,

где h_e^mp= - самотяга на 1 м трубы, мм вод.ст./м; определяется по нижнему полюрисунка VII-26 [5] по средним значениям r^mp_H2O и Э_mp

Принять:

1) r^mp_H2O = r^yx_H2O

2) Этр =Э ух =152 ^оС

Н_тр - высота трубы, 24м

Следует иметь в виду, что значения самотяги на 1 м высоты на рисунке VII-26 приведены для температуры наружного воздуха 20 ^оС и абсолютного давления газов на участке тракта Р = 1 кгс/см2 . При отличии температуры наружного воздуха более чем на 10 ^оС, необходимо делать пересчет самотяги по плотности воздуха, соответствующей действительности его температур (в условиях задачи пересчет не делается).

Самотягу конвективного пучка и газопроводов не учитывается, считая, что отдельные их участки по самотяге уравновешивают друг друга.

Сопротивление газопроводов

Общие указания

Сопротивление газопроводов складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся сопротивления, связанные с изменением формы или направления газопроводов (изменения сечения, повороты и др.).

Сопротивление трения

12,4

Дh_трен=0,02 ------- h_d , мм вод.ст.,

d

где л=0,02 - коэффициент сопротивления трения;

d₃ - эквивалентный диаметр, м. Для каналов прямоугольного сечения

2ba

d₃ = ------------------, м,

0,47+0,52

где b и a - ширина и высота прямоугольного сечения газопровода соответственно, м (Таблица 10);

h_d - динамическое давление, мм вод.ст.; определяется по рисунку VII-26 по средней скорости w_rn=12 м/с, и средней температуре газов Э_rn=235 ^оС.

Местные сопротивления газопроводов

Каждое местное сопротивление должно рассчитываться отдельно.

Сопротивление поворотов газопровода

Дh_нов Дm_новт h_d , мм вод.ст., Дh_нов 6 • 1 h_d

где mпов =6 - количество поворотов газопроводов на 90 о (Таблица 10);

т=1- коэффициент сопротивления поворотов

т=K_Дт₀BC

где K_Д - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости стенок;

т₀ - исходный коэффициент сопротивления поворота, зависящий от формы и относительной кривизны его;

K_Дт₀=1,4 - для колен без закругления кромок при любых скоростях газового потока;

В = 1 - коэффициент, учитывающий угол поворота на 90^o;

С - коэффициент, определяемый для отводов и колен в зависимости от отношения размеров поперечного сечения a/b (a - перпендикулярный к плоскости поворота размер). Для колен с острыми углами можно принять C = 1 для всех значений a/b.

Сопротивление газопроводов

Дh_nв= K( Дh_тренн + Дh_нов) , мм вод.ст.,

К - поправочный коэффициент, учитывающий другие местные сопротивления, кроме поворотов; условно принять К = 1,3.

Полное сопротивление газового тракта

?H_{г m}=(?h_kn+150+ ?h_mp+ ?h_{г n}) 760 - (h_e^mp-h_e^шах) , мм вод.ст.,

где M_p= 760 мм -поправка на разницу плотностей дымовых газов и сухого воздуха при давлении 760 мм рт.ст.; определяется по среднему значению r_H2O для газового тракта по верхнему полю рисунка VII-26 . r_H2O приближенно принять равной r^yx_H2O.

Поправка на барометрическое давление не учитывается, если высота расположения котельной над уровнем моря не превышает 200 м (в условиях задачи не учитывается).

Выбор дымососа

Расход газов у дымососа

152+273

V_d=B_p(V^н_г+?б V^н_о) --------------, м³ /с,

273

Где B_p - расход топлива, м3/с (задача 1 контрольной работы V^н_г ,

V^н_о - объем дымовых газов и воздуха, м3/м3 (задача 1 контрольной работы 1);

?б - присос воздуха в газопроводе от экономайзера до дымососа. Принять

?б = 0 , т.к. длина вышеуказанного участка газопровода незначительна и присос воздуха составляет тысячные доли от единицы;

Э_yx=152 - температура уходящих газов, оС (Таблица 2 контрольной работы 1).

Расчетная производительность дымососа

Q_d=1,1 V_d м³/с=1,1• 3,6 V_d , тыс.м3/ч,

где 1,1 - коэффициент запаса по производительности для обеспечения надежной работы котельной установки.

Расчетный напор дымососа

H_d=1,1?h_{г m} , мм вод.ст.,

где 1,1 - коэффициент запаса по напору.

Выбор дымососа производиться по рисункам VII-30 - VII-68 в зависимости от Q_d, тыс. м³ /ч, и H_d, мм вод.ст. Выбирается дымосос, который обеспечивает расчетные производительность и напор и потребляет наименьшее количество электроэнергии, т.е. имеет наибольший КПД. Необходимо указать типоразмер дымососа и его КПД.

Мощность потребляемая дымососом,

Q_d H_d

N= ---------, кВт

3670з

Где Q_d м³/с, H_d - в мм вод.ст.;

з - КПД дымососа, %. На рисунках аэродинамических характеристик дымососов КПД указан в долях от единицы, а в формулу расчета мощности его надо подставить в %.

Размещено на Allbest.ru

...